1、1 生物膜理论与实践 黄 靖 雄 手术人员 35% 口 、 鼻 、 手 手术器械 10% 空气 5% 手术部位细菌来源 * *: Christopher T. Drake, Ann. Surgery 1977. 病人 皮肤 50% 2 骨科手术最关键的是防止感染 髋关节置换术：如感染，死亡率 50% 3 生物膜形成 细菌污染 种植 细菌负荷增加 感染 手术薄膜 细菌繁殖 SSI感染的过程 皮肤准备 无薄膜 /薄膜起边 所有接触伤口周围皮肤的物品 细菌移行条件 血液 刺激 薄膜回缩 异体植入物 关节置换 支架 等 病人危险因素 MRSA/MRSE菌落 糖尿病 肿瘤 免疫力低下 高龄 创伤 肥胖
2、手术史 植入物 手术 无植入物 手术 引起感染的细菌 =100/g 引起感染的细菌=1,000,000/g 细菌在植入物上形成生物膜 4 5 改变的感染限定值 伤口：无颗粒 =10,000,000 引起感染 伤口：有颗粒 =100引起感染 伤口：无颗粒 +1,000 金葡菌： 1/10感染 伤口： 2 mg 无菌颗粒 +1,000金葡菌： 9/10感染 切口深部组织的 SSI 感染发生在手术后 : 30 天以内（无植入物） 或 1 年以内（有植入物） 感染与外科手术有关 6 很多手术使用植入物 7 8 内镜感染控制 生物膜形成是软式内镜感染的重要原因 美国软式内镜规范 软式内镜与生物膜 细菌形
3、成生物膜的能力是内镜相关性感染病 因中的一个重要因素 在内镜消毒中，目的在于减少生物膜形成与 存在的策略占有重要的位置 因为已经发现生物膜粘附于内镜内腔中，这 个发现强调了彻底 人工清洗的重要性 9 美国 APIC软式内镜规范 植入物与生物膜关系 植入物，大大增加感染发生 活细菌，容易附着于植入物 抗菌素和人体免疫系统无法到达植入物表面 植入物上少量细菌不易杀灭，逐渐形成生物膜 一旦生物膜形成，需 2000多倍抗菌素用量杀灭细菌 通常只能去除植入物，无其它有效治疗方法 死亡率高： 5-60% 10 器械上生物膜 影响清洗过程，很难清洗彻底，尤其是软式内镜 腐蚀器械，影响器械功能 影响消毒灭菌因
4、子的穿透，导致消毒灭菌失败 降低化学灭菌剂的活性 持续性释放微生物污染，导致病人感染 11 12 13 生物膜定义 生物膜（或叫生物被膜） Bacterical Biofilm-BF: 集聚的细菌和细胞外物质，紧紧地粘附在表面并不容 易被去除 一些微生物，在水中或水溶液或体内（如：血流）生 长时，有能力粘附表面，然后包埋在多聚糖基质中。 基质含细胞，活和死的微生物和多聚糖，阻止抗菌剂如 灭菌剂、消毒剂和抗菌素到达微生物 AAMI ST79 （ Donlan, 2002) 14 生物膜 多数细菌是附着在有生命或无生命物体表面 首次发现于溪流 在温湿度、营养合适的任何表面 99%的细菌生活在生物膜
5、内 1978 Costerton等首先提出了 BF理论 BF是细菌在物体表面形成的高度组织化的多细胞结构 同一菌株的 BF细菌和浮游生长细菌具有不同的特性 对抗生素和免疫防御机制的抗性很强，导致严重的临床问题 20世纪 70年代末，作为独立学科发展 1990年，蒙大拿州立大学建立了世界上第一个生物膜工程中心 目前国内外越来越重视 15 牙科器械 隐形眼镜 航海 水管系统 生物膜在生活中无处不在 花瓶内部的粘液 城市输水管路 牙科器械与管路 快餐店的制冰机 饮水机 牙菌斑 隐形眼镜 生活中的生物膜 16 生物膜结构特点 细菌 : 致病、异物 水份含量： 97% 分泌的胞外多聚物包括： - 胞外多
6、糖 (典型特征 ) extracellular polysaccharide, EPS - 糖蛋白 EPS在细菌形成生物膜结构、免疫逃避和毒力发挥中起重 要作用 吸附：营养物质，代谢产物，细菌裂解产物 含有：蛋白质、多糖、 DNA、 RNA、肽聚糖、脂和磷脂等 17 细菌被大量的胞外多糖包绕形成微菌落，各个微菌落之间充满水通道，是细菌获取营养和排除代谢废物的通道 Marc habas等人 成熟生物膜从外到内： 生物膜层 连接层 条件层 基质层 生物膜结构 18 细菌生物膜的观察 扫描电子显微镜 19 细菌生物膜的观察激光共聚显微镜技术 20 生物膜形成 1. 细菌粘附： 形成 BF第一步 -
7、在鞭毛作用下移行至异物（如医疗 设备、机械瓣膜、内置导管）或死 亡组织（如坏死 骨片）表面 - 在菌毛作用下粘附固着 2. BF发展规律： - 生长和繁殖 - 分泌大量 EPS（胞外多糖） - EPS可粘结单个细菌形成细菌团块，既微菌落 - 大量微菌落使 BF加厚 - 细胞启动胞间信号系统，产生胞间信号 21 生物膜形成 3. BF的成熟： - 结构不均匀，类似蘑菇形状的微菌落组成 - 菌落之间围绕着输水通道，可以运送养料、 酶、代谢产物和排出废物，形成原始的循 环系统 - 因菌种、营养、附着表面和环境条件不同， 形成疏松或致密以及厚薄不等的 BF结构 - 动态过程 - 由纯菌种形成，也可由多
8、菌种组成 - 释放游离细菌，游离细菌粘附，形成新的循环系统 22 生物膜的形成 细菌的可逆吸附； 细菌的不可逆吸附； 细菌的生长和分裂； 胞外聚合物产生； 其他生物附着； 23 生物膜与疾病关系 细菌可在人体组织如牙齿、牙龈、皮肤、肺、尿道及其它器官 的表面形成 BF，引起诸如牙周病、龋齿、慢性支气管炎、败血 病、血栓性静脉炎、难治性肺部感染和心内膜炎等疾病。 在血液、组织液和淋巴液等体液中一般不形成 BF。 体液有适合细菌生长的有机营养成分。 体液中含有细菌，可在无生命物体表面 形成 BF(如隐形眼睛、人工关节和心脏 人工瓣膜等 )。 植入物增加细菌形成生物膜 大约 65%人类细菌性感染由
9、BF细菌引起的。 24 生物膜引起的疾病 Battling Biofilm, A Challenge for the Sterile Processing Profession. 齿科疾病 囊性纤维化 中耳炎 牙周疾病 自体性心脏瓣膜炎 囊性纤维化 前列腺炎 植入型医疗器械感染 鼻窦炎 坏死性筋膜炎 骨髓炎 感染性肾结石 胆道感染 导管相关感染 植入物 25 美国 CDC感染性疾病专家估计 65%的人体细菌感染都和生物膜相关！ 26 慢性伤口的扫描电镜照片 人体组织（粉色），白细胞（黄色）与细菌（绿色）。 当细菌不处于浮游状态时，它们对抗生素的抗性大大提高。 生物膜引起的疾病 Biofilms
10、 slimy layers of bateria that antibiotics dont fully kill are in hospitals, kitchens, even your mouth. Scientists are on the attack. 2007 27 细菌生存的一种机制 抵抗力大大增强 细菌集合体粘附于器物表面，并通过分泌的粘性 基质形成菌落 菌落个体之间进行信号传递，整体适应外部环境 生物膜特点 28 生物膜特点 耐药性： 与浮游细菌相比， BF细菌对抗 生素的抗性可提高 10-1000倍， 甚至更高 影响消毒灭菌成功 对抗机体免疫防御 群体感应性： 强繁殖力： 不可逆性： 强附着性： 29 生物膜对消毒、灭菌的影响 芽胞包裹的效果 灭菌过程 压力蒸汽 干热 环氧乙烷 121 121 54 _ 芽胞 10秒 3.5小时 30秒 芽胞在 CaCO3 结晶 150分 50小时 2周 _ B subtilis spores 8*103, Doyle & Ernst(1967) Appl Micro 726-730 30
